基于电流检测法的静止无功发生器仿真研究

刘凤杰，傅保伟，杨波

基于电流检测法的静止无功发生器仿真研究

刘凤杰，傅保伟，杨波

（齐齐哈尔大学 计算机与控制工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

以电压型静止无功发生器作为研究对象，基于瞬时无功功率理论的电流检测方法，应用MATLAB设计静止无功发生器控制验证实验，讨论静止无功发生器在容性负载，感性负载和不平衡负载的情况下无功补偿的优良特性。

静止无功发生器；无功补偿；电流检测法；MATLAB仿真

电力系统中，电力电子元件不仅需要有功功率的补充，还要消耗大量的无功功率，系统中不平衡和非线性负荷的存在，再次增加电力系统中的无功功率，导致大量的线路损耗，使功率因数降低，线路压降增大，电能质量受到影响[1]。无功功率补偿已经成为电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分[2]。常用的无功补偿装置有移相电容器、同步调相机、静止无功补偿器、静止无功发生器，相较于前三者，静止无功发生器是基于变流器的补偿装置，采用类似IGBT的全控型电力电子器件来组成桥式电路，将电抗器和电网并联，相当于一个可调逆变电压源，通过调整其变流器交流侧电压的幅值和相位，可保持最大无功电流不变，具有抑制谐振，谐波较小、连续吸收的优点[3]。

1 无功发生器补偿原理

静止无功发生器根据直流侧储能元件不同，分为电压型和电流型。考虑同储能下体积、价格及谐波成分等因素，电压型静止无功发生器应用更为广泛，如图1。直流侧用电容器作为储能元件，吸收换相产生的过电压，交流侧电感用于抑制高次的频率谐波。电容器通过三相桥式逆变电路，实现直流变交流，经过电感与电网相连，达到无功补偿效果[4]。

图1 电压型SVG

不考虑损耗，电力系统中只有电感的存在，无需从电网中来吸收能量补充。电感电压和电网电压的相位保持一致，改变交流侧输出电压的幅值，使从电网中吸收的电流与电压的相位发生变化。当电网电压小于输出电压，流过电感的电流超前电感电压90°，无功发生器对电路中的容性无功进行补偿。反之，流过电感的电流滞后电感电压90°，对电路中的感性无功进行补偿。非理想情况下，变流器和线路的内阻一定产生损耗，电网的电压与电流相位差将大于90°，需通过改变电流器电压与电网电压的相位差，控制变流器电压的幅值改变交流侧输出电流的幅值和相位，从而实现无功补偿。

2 id-iq无功电流检测法

法无功电流检测原理如图2所示。检测法在电流检测法的基础上，增加了锁相环，来防止电压畸变产生的不良影响，同时相对于电流检测法减少了计算，将坐标系下的电流直接转换到坐标轴下。电压U经过锁相环PLL使电压得以保持，三相电流经过转换矩阵从三相坐标轴转换到坐标轴得到有功和无功电流和，经过低通滤波器LPF，来滤除掉交流分量；而后经过逆变换，得到正弦电网的基波电流。

图2 id-iq检测法框图

3 静止无功发生器仿真实验设计及分析

利用MATLAB建立静止无功发生器的仿真系统，主要包括电源部分、负载部分、静止无功发生器变流器主电路、脉冲驱动部分、控制部分及测量部分。其中三相电源电压为2000V，频率为50Hz，静止无功发生器的交流侧电感为0.003H，电阻为0.5Ω，静止无功发生器直流侧的电容为0.024F。分别对容性负载、感性负载、不平衡负载情况进行仿真，补偿效果如图3所示。可以看出通过无功补偿后电流和电压均同相位。进而可利用实验设计讨论在容性负载和感性负载交替时，功率因数变化及不平衡负载时输出电压电流的畸变程度。

图3 补偿前、后电压电流波形

4 结论

本文通过分析电压型静止无功发生器的补偿原理，建立了它的仿真架构，基于电流检测法验证了静止无功发生器的控制策略。得到了静止无功发生器在容性负载，感性负载和不平衡负载的情况下无功补偿的优良特性。

[1] HSIAO, BU YUAN, LIN, CHANG-CHYI. Post-CABG CAD with only one SVG Left[J]. Journal of the American College of Cardiology, 2019, 73(15): 126-127.

[2] 梁继国，刘毅力，马龙涛，等. 静止无功发生器控制系统的仿真[J]. 计算机与数字工程，2018, 46(07): 1349-1353.

[3] 冯占伟．配电网静止无功发生器的研究与实现[D]. 郑州：中原工学院，2016: 35-37．

[4] 粟时平. 静止无功功率补偿技术[M]. 北京：中国电力出版社，2006: 1-5; 99-127．

Simulation research of static var generator based on current detection method

LIU Feng-jie，FU Bao-wei，YANG Bo

(School of Computer and Control Engineering, Qiqihar University, Heilongjiang Qiqihar 161000, China)

The voltage-type static var generator is taken as the object in this paper. Thecurrent detection method based on instantaneous reactive power theory is analyzed. The control strategy of the voltage-type static var generator is verified by simulation experiment，which is designed by MATLAB. The excellent characteristics of reactive power compensation under capacitive load, inductive load and unbalanced load are discussed.

static var generator；reactive compensation；current detection；MATLAB simulation

2022-03-11

黑龙江省普通高等学校基本科研业务费科研项目（135409224）

刘凤杰（1978-），女，黑龙江克山人，助理实验师，主要从事计算机应用研究，liufengjie@126.com。

TM714.3

A

1007-984X(2022)04-0029-02